Cristal
Cristal est un mot grec "crystallus", qui signifie glace.
Un cristal est une formation naturelle délimitée par des plans régulièrement espacés, dont la substance est homogène et dont la forme et la substance sont étroitement liées par un contexte légal. Au début, le terme était utilisé uniquement pour décrire les cristaux de quartz, qui auraient été les eaux les plus solidifiées par les feux célestes, mais par la suite, le sens du mot a été transféré à toutes sortes de cristaux.
Un cristal est formé par des particules de matière placées côte à côte selon une certaine règle.
Pour cela, il faut de l'espace et du temps. Il s'ensuit que la cristallisation ne peut pas se produire à partir d'un état solide, mais seulement à partir d'un état gazeux ou liquide, et seulement si l'état gazeux ou liquide a suffisamment de temps pour que ses particules mobiles s'arrangent sous la forme d'un cristal.
Les cristaux peuvent se former par sublimation, c'est-à-dire par refroidissement, condensation et solidification de la vapeur de la substance en cristaux.
Les cristaux peuvent également être formés par l'interaction de deux gaz ou vapeurs pour former une nouvelle substance qui se dépose sous la forme d'un cristal. Dans la nature, les cristaux se forment de ces deux manières, principalement dans les régions volcaniques, à partir de vapeurs et de gaz qui remontent des profondeurs de la terre.
Cristallisation à partir de l’état liquide, un de ces moyens est la précipitation de la solution due à l’évaporation du solvant et l’autre moyen est la précipitation de la masse fondue à son refroidissement.
La cristallisation peut également se produire par l'interaction de deux substances fondues différentes, ou bien on ajoute à l'une des solutions une substance qui précipite le soluté et le force à cristalliser.
Le cristal peut être développé davantage dans le même matériau, car du nouveau matériau est déposé sur les feuilles déjà développées, c'est-à-dire que les feuilles sont poussées vers l'extérieur, parallèlement à elles-mêmes. Les cristaux de composés isomorphes (par exemple, l'alumine) peuvent également croître en solution les uns avec les autres. Dans la plupart des cas, la croissance des cristaux n'est pas uniforme dans toutes les directions, c'est-à-dire pas sur tous les feuillets, car la plupart des cristaux sont déformés ou seul leur squelette s’est développé. Quelle que soit la déformation d'un cristal, l'angle d'inclinaison de ses faces l'une par rapport à l'autre reste inchangé, et c'est donc la considération principale lors de l'examen du cristal. L'angle d'inclinaison est mesuré avec un goniomètre.
Dans la nature, un cristal se forme soit en se développant librement dans toutes les directions dans un milieu mobile (gaz, solution ou fusion), soit en étant formé sur une base solide, où il ne peut se développer qu'à l'extrémité libre. Dans le premier cas, on parle d'un cristal incarné, dans le second d'un cristal adulte. Les cristaux adultes se forment dans des roches cristallines complexes en tant que parties constituantes, tandis que les cristaux adultes se forment dans les cavités et les fissures des roches. Dans la plupart des cas, les cristaux de croissance se développent de la même manière aux deux extrémités, et ce n'est que rarement que les deux extrémités sont développées différemment. De tels cristaux sont appelés cristaux demi-forme ou hémimorphes.
La taille des cristaux dépend des propriétés particulières du matériau cristallisé.
Les cristaux de la plupart des substances sont clairement visibles à l'œil nu, mais il existe certaines substances dont les cristaux ne peuvent être vus qu'au microscope. Ils sont appelés microlites et, s'ils sont légèrement plus grands, cristallites. Si, dans une solution ou un bain de fusion, on empêche les cristaux de se développer librement, ou si le temps de croissance est insuffisant, seules quelques faces cristallines se développent, mais les formes délimitées de tous côtés par des plans ne se forment pas. De telles masses minérales sont dites cristallines, comme par exemple le marbre ou la plupart des roches volcaniques.
La grande majorité des matériaux peuvent cristalliser, et il y a relativement peu de matériaux qui se solidifient à l'état amorphe. La variété des matériaux signifie que le nombre de cristaux est également très important. Si tous les feuillets d'un cristal sont identiques, on l'appelle un monocristal, et s'il y a plusieurs feuillets, on l'appelle une combinaison de cristaux. La plupart des cristaux sont des combinaisons de cristaux et relativement peu d'entre eux sont des monocristaux.
Même avec cette grande variété, les cristaux peuvent être classés en quelques groupes (systèmes).
De nombreux cristaux, si une ligne droite (axe imaginaire) est posée en leur centre, se chevaucheront complètement lors d'une rotation autour de l'axe (axe de symétrie), ou le cristal peut être coupé en deux moitiés symétriques (image miroir) (plan de symétrie) par un plan posé en son centre. Si les deux extrémités de l'axe de symétrie ne sont pas uniformément développé, l'axe de symétrie est polaire.
Selon le nombre de plans et d'axes de symétrie, on distingue 32 classes de cristaux, qui sont généralement résumées dans les 6 systèmes cristallins suivants :
- Système cristallin asymétrique (à triple ramification, triclinique) : il ne possède pas un seul plan de symétrie.
- Système cristallin mono-symétrique (monoclinique, monobranche) : possède un seul plan de symétrie sur lequel l'axe unique de symétrie est perpendiculaire.
- Système cristallin convexe : il possède trois plans de symétrie perpendiculaires, qui se coupent sur trois lignes perpendiculaires le long des trois axes de symétrie.
- Système cristallin carré (tétragonal) : possède 5 plans de symétrie, les 4 sous-plans verticaux de symétrie sont à 45°-45° les uns des autres et se croisent dans l'axe vertical principal, le cinquième (le plan principal de symétrie) est perpendiculaire aux quatre premiers, c'est-à-dire horizontal.
- Système cristallin hexagonal : il possède sept plans de symétrie, les six plans de symétrie dits secondaires se coupent dans l'axe principal vertical et sont distants de 30°-30°, le plan de symétrie principal horizontal étant perpendiculaire au premier.
- Système cristallin régulier (tessellé) : il possède 9 plans de symétrie, les trois plans de symétrie longitudinaux sont mutuellement perpendiculaires, et les 6 plans de symétrie mineurs coupent en deux les angles droits formés par les trois plans de symétrie principaux.
Dans les six systèmes cristallins, les classes de cristaux sont encore organisées en fonction de la symétrie, avec un total de 32 classes de cristaux.
Seules les formes cristallines de la même classe peuvent apparaître sur un matériau donné. Les formes des cristaux sont généralement rapportées à certaines lignes imaginaires (passant par le centre) le long de ce que l'on appelle les axes des cristaux, qui coïncident avec les axes de symétrie. Les axes du cristal sont donc en fait les axes d'un système de coordonnées, les interceptes (paramètres) sur les axes de coordonnées définissent la forme du cristal. Dans tout matériau cristallin, ces coupures sont des multiples rationnels des intersections d'une certaine forme de base (loi de rationalité des nombres de relations entre paramètres). Et la forme de base est différente et caractéristique de chaque matériau, et par sa symétrie et sa forme, nous entendons les éléments cristallins de ce matériau.
Il existe également une relation entre la forme des cristaux et leurs autres propriétés physiques et leur composition chimique.
Chaque plan de symétrie géométrique est également un plan de symétrie par rapport aux autres propriétés physiques. Ceci est particulièrement frappant pour la fission, le comportement optique, les propriétés thermiques et électriques. En matière d'électricité, il existe de bons et de mauvais conducteurs. Les mauvais conducteurs sont le quartz, le soufre, dans lesquels l'électricité (pyroélectricité) peut être généré par frottement, pression, etc. mais surtout par chauffage et refroidissement. Si le cristal est sans défaut, la distribution de l'électricité suit la symétrie, avec la même charge aux extrémités équivalentes et des charges opposées aux 2 extrémités des axes de symétrie hémimorphes. L'extrémité du cristal qui reçoit une charge positive lorsqu'elle est chauffée devient négative lorsqu'elle est refroidie et vice versa.
Si le cristal de refroidissement est saupoudré d'un mélange de fines poussières d'aluminium et de soufre, le pôle négatif aura de l'aluminium rouge et le pôle positif de la poussière de soufre jaune. De cette manière, il est souvent possible de détecter des jonctions jumelles cachées. La conductivité est également liée à la symétrie, la conductivité étant la même dans les directions équivalentes et différente dans les directions de valeurs différentes, mais ces différences sont généralement faibles. Les conductivités des corps chimiquement isomères et physiquement allotropiques sont très différentes, alors que celles des corps isomorphes le sont à peine.
En ce qui concerne les propriétés thermiques, il convient de souligner en particulier que les corps dans un système régulier sont également conducteurs dans toutes les directions. Dans les autres systèmes, la dilatation varie dans différentes directions, de sorte que les angles formés par les feuilles dépendent également dans une certaine mesure de la température. Cependant, la symétrie ne change pas avec l'augmentation de la température et les plaques et bords parallèles restent parallèles.